{生产管理知识}计算机网络体系结构和网络功能的分层

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1、第二章计算机网络体系结构,主要内容,2.1计算机网络的构成 2.1.1资源子网 2.1.2通信子网 ( 点到点通道；广播通道 ) 2.2计算机网络的体系结构 2.2.1计算机网络功能的分层 2.2.2协议和协议的分层结构 2.2.3计算机网络的体系结构 2.3典型计算机网络参考模型 2.3.1计算机网络的标准化 2.3.2OSI参考模型 2.3.3TCP/IP参考模型 2.4网络和网络服务,2.1计算机网络的构成 ( 1 ),计算机网络的硬件构成：两级结构的计算机网络 资源子网 ( 或用户子网 ) ，通信子网,2.1计算机网络的构成 ( 2 ),2.1.1资源子网 组成：服务器，客户计算机 2

2、.1.2通信子网 一、基本组成：通信线路 ( 或称通道 ) 网络互连设备 ( 路由器、交换机、HUB等 ) 二、基本结构： 1. 点到点通道 基本特点：一条线路连接二台网络互连设备 一般情况下，二台计算机的连接要经过多台网络互连设备 一般情况下，采用存储转发方式进行信息传输 典型拓扑结构： (Fig. 1-6) star, ring (loop), tree, complete, intersecting rings (loops), irregular 关键技术：路由选择 ( Routing ),2.1计算机网络的构成 ( 3 ),2. 广播通道 基本特点：多台计算机共享一条通信线路； 任一

3、台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收 典型拓扑结构： (Fig. 1-3) bus, ring 关键技术：通道分配 静态分配：分时间片 特点：控制简单，通道利用率低 动态分配 ：各站点动态使用通道 特点：控制复杂，通道利用率高 通道分配方法： 集中式：只有一个仲裁机构 分布式：各站点均有仲裁机构,2.1计算机网络的构成 ( 4 ),三、网络分类： 从地域范围角度： 1. 局域网络 ( Local Area Networks ) 主要采用广播通道技术 2. 城域网络 ( Metropolitan Area Networks ) 3. 广域网络 ( Wide Area Networks )

4、主要采用点到点通道技术 从采用技术角度： 1. 无线网络 ( Wireless Networks ) 优点：方便、灵活 缺点：速率低（1-2Mbps），误码率高，易受干扰 antennas, cellular telephone, CDPD(Cellular Digital Packet Data) 2. 卫星网络 3. ATM网络 .,2.2计算机网络的体系结构 ( 1 ),计算机网络的体系结构是从功能的角度描述计算机网络的结构 计算机网络的体系结构：对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义。即从功能的角度描述计算机网络的结构。是层次和协议的集合。 注意: 仅仅定义了网络及其部件通过协

5、议应完成的功能；不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。 网络功能的分层 协议的分层 体系结构的分层 协议分层易于协议的设计、分析、实现和测试。,2.2计算机网络的体系结构 ( 2 ),2.2.1计算机网络功能的分层 计算机网络的基本功能：是为地理位置不同的计算机用户之间提供访问通路。 下述功能是必须提供的： 1. 连接源结点和目的结点的物理传输线路，可以经过中间结点； 2. 每条线路两端的结点利用波形进行二进制通信； 3. 无差错的信息传送 4. 多个用户共享一条物理线路 5. 按照地址信息，进行路由选择 6. 信息缓冲和流量控制 7. 会话控制 8. 满足各种用户的访问要求,2.2计

6、算机网络的体系结构 ( 3 ),上述功能有三个显著特点： 1. 上述功能必须同时满足一对用户； 2. 用户之间的通信功能是相互的； 3. 这些功能分散在各个网络设备和用户设备中。 一般人们采用“层次结构”的方法来描述计算机网络，即： 计算机网络中提供的功能是分成层次的。 2.2.2协议和协议的分层结构 一、协议的定义和组成 层次结构的计算机网络功能中，最重要的功能是通信功能； 这种通信功能主要涉及同一层次中通信双方的相互作用； 位于不同计算机上进行对话的第N层通信各方可分别看成是一种进程，也称为对等（同等）进程。 协议 ( Protocol )： 计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必

7、须遵守的规则。,2.2计算机网络的体系结构 ( 4 ),协议的组成： 1. 语法（syntax)：以二进制形式表示的命令和相应的结构 2. 语义（semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合 3. 定时关系（timing)：有关事件顺序的说明 二、协议的分层和层间结构 协议的分层原则 (layering principle)： 1. Layer N software on the destination computer must receive exactly the message sent by layer N software on the sending

8、computer. Mathematically, if the sender applies a transformation T, the receiver must apply the inverse T-1. 2. 协议分层要保证整个通信系统功能完备、高效。 每一相邻层之间有一个接口（Interface），它定义了下层向上层提供的原语操作和服务。,2.2计算机网络的体系结构 ( 5 ),对于第N层协议来说，它有如下特性： 1. 不知道上、下层的内部结构； 2. 独立完成某种功能； 3. 为上层提供服务； 4. 使用下层提供的服务。 2.2.3计算机网络的体系结构 一、基本术语与分层结构

9、 接口：定义了下层向上层提供的原语操作和服务。 协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。 服务：层间交换信息时必须遵守的规则。 服务和协议的关系 服务提供者，服务用户 Fig. 1-9,2.2计算机网络的体系结构 ( 6 ),服务访问点SAP（Service Access Point） 任何层间服务是在接口的SAP上进行的； 每个SAP有唯一的识别地址； 每个层间接口可以有多个SAP。 接口数据单元IDU（Interface Data Unit） IDU是通过SAP进行传送的层间信息单元； IDU由上层的服务数据单元SDU（Service Data Unit）和接口控

10、制信息ICI（Interface Control Information）组成； 协议数据单元PDU（Protocol Data Unit） 第N层实体通过网络传送给它的对等实体的信息单元； PDU由上层的服务数据单元SDU或其分段和协议控制信息PCI（Protocol Control Information)组成； Fig. 1-12 分段和重组 Fig. 1-11,2.2计算机网络的体系结构 ( 7 ),二、服务分类和服务原语（primitives） 1. 基于连接的服务和无连接服务 基于连接的服务 当使用服务传送数据时，首先建立连接，然后使用该连接传送数据。使用完后，关闭连接。 特点：顺

11、序性好。 无连接服务 直接使用服务传送数据，每个包独立进行路由选择。 特点：顺序性差。 Fig. 1-13 注意：连接并不意味可靠，可靠要通过确认、重传等机制来保证。 2. 服务原语 服务在形式上是由一组接口原语（或操作）来描述的。 服务原语可分为四种类型： 请求（Request），指示（Indication）， 响应（Response），确认（Confirm） Fig. 1-14Fig. 1-15,2.3典型计算机网络的参考模型 ( 1 ),2.3.1计算机网络的标准化 一、电信标准 1865年成立国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union

12、） 1947年 ITU 成为联合国的一个组织，由三部分组成： ITU- R：无线通信 ITU- T：电信标准，1956 - 1993 年称为CCITT ，下设许多研究组SG，研究组下设专题，例如：Q42/SG VII 专门研究 OSI 参考模型。 ITU- D：开发 二、国际标准 1946年成立的国际标准化组织 ISO 负责制定各种国际标准，ISO 有89个成员国家，85 个其他成员。 ISO 有200 多个技术委员会TC，每个技术委员会下设若干分委员会SC，每个分委员会由由若干工作组WG 组成。,2.3典型计算机网络的参考模型 ( 2 ),例如：TC97 - 计算机和信息处理 TC97/SC

13、21/WG1 - OSI 体系结构、概念性方案和形式描述 一个国际标准的形成： CD (Committee Draft) - DIS (Draft International Standard) - IS (International Standard) 其它标准化组织： ANSI：美国国家标准研究所，ISO 的美国代表 NIST：美国国家标准和技术研究所，美国商业部的标准化机构 IEEE：发表行业标准。例如IEEE 802，后成为ISO 8802。 ATM Forum：ATM论坛 OIF（Optical Internetworking Forum） 值得注意的是，ITU - T 和 ISO

14、之间有很好的合作和协调。,2.3典型计算机网络的参考模型 ( 3 ),三、Internet 标准 Internet 的标准特点，是自发而非政府干预的，称为RFC （Request For Comments)。 1969 年ARPANET 时就开始发布RFC，至今已超过3000个。 1983年成立IAB（Internet Activities Board） 1989年在IAB 下又成立了IRTF 和 IETF，IETF的各工作组负责组织提出相应的RFC 建议。,2.3典型计算机网络的参考模型 ( 4 ),2.3.2OSI (Open System Interconnection) 参考模型 19

15、83年ISO 的 OSI 模型正式成为国际标准。 Fig. 1-16, Fig. 1-17 1.物理层（The Physical Layer）在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）。 2.数据链路层（The Data Link Layer）在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输（Frame）。 3.网络层（The Network Layer）控制通信子网提供源点到目的点的数据传送（Packet）。 4.运输层（The Transport Layer）为用户提供端到端的数据传送服务。 5.会话层（The Session Layer）为用户提供会话控制服务（安全认证）。token m

16、anagement and synchronization (insert checkpoints into the data stream) 6.表示层（The Presentation Layer）为用户提供数据转换和表示服务。 7.应用层（The Application Layer）,2.3典型计算机网络的参考模型 ( 5 ),2.3.3TCP/IP 参考模型 (Fig. 1-18) 以 TCP/IP 协议为核心的 Internet 网络体系结构。 1.物理层：在物理线路上传输原始的二进制数据位。 2.数据链路层：在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输。 * TCP/IP 参考模型把第1层和第2层合起来称为：Host-to- Network 3.Internet层（网络层）：控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送。 4.运输层：提供端到端的数据传送服务。TCP 和 UDP 5.应用层：提供各种 Internet 管理和应用服务功能。 Fig. 1-19 Fig